АВТОКОМПЕНСАЦИОННОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Советский патент 1973 года по МПК G01B7/00 

1

Изобретение относится к области автоматики и измерительной техники, а именно к устройствам для автоматического контроля, управления и регулирования технологическими процессами.

Известны автокомпенсационные измерительные устройства, содержащие генератор прямоугольных импульсов, блок задержки, цифроаналоговый преобразователь, нуль-орган, состоящий из схемы сравнения, выход которой соединен со входом первого усилителя, аналогового запоминающего устройства и двух ключей, и датчик, управляющий вход которого соединен с первым выходом генератора прямоугольных импульсов, выход датчика присоединен к первому входу схемы сравнения нульоргана, второй вход которой подключен к выходу цифро-аналогового преобразователя, первый вход которого соединен со вторым выходом генератора прямоугольных импульсов, третий выход которого присоединен к управляющему входу первого ключа нуль-органа и к первому входу блока задержки, четвертый выход генератора прямоугольных импульсов подключен ко второму входу блока задержки, первый выход которого соединен с управляющим входом второго ключа нуль-органа.

Целью изобретения является повышение точности устройства и быстродействия к помехоустойчивости.

Для этого в нуль-орган предложенного устройства установлены вентиль и второй усилитель, вход которого через аналоговое запоминающее устройство и первый ключ соединен с выходом первого усилителя, а через второй ключ - со своим выходом, который через вентиль подключен ко второму выходу цифроаналогового преобразователя, а управляющий вход вентиля подключен ко второму выходу блока задержки.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма его устройства.

На схеме изображены индуктивный и емкостный датчик 1, нуль-огран 2, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 3, блок задержки 4 и генератор прямоугольных импульсов 5.

Датчик 1, включенный по мостовой схеме, питается прямоугольным напряжением от одной из вторичных обмоток трансформатора 6, генератора прямоугольных импульсов 5, состоящего из несимметричного мультивибратора 7, триггера 8 со счетным входом и усилителей мощности 9 и 10. Генератор 5 питает также линейный декодирующий преобразователь (ЛДН) 11 цифро-аналового преобразователя 3, кроме того, вместе со схемой совпадения 12 блока задержки 4 генератор управляет ключами 13 и 14 нуль-органа 2, а через задержку

15 блока задержки 4 управляет вентилем 16 нуль-органа 2.

Схема сравнения 17, усилитель постоянного тока (УПТ) 18, ключ 13, аналоговое запоминающее устройство (АЗУ) 19, усилитель 20 с ключом 14 в цепи отрицательной обратной связи образуют нуль-орган измерительной системы 2, который предназначен для определения фазы разностного сигнала.

Схема сравнения 17 предназначена для получения разности сигналов датчика Ux и папряжения t/ft ЛДП И, поступающего на вход УПТ 18. Ключ 13, АЗУ 19 и усилитель 20 с ключом 14 служат для запоминания амплитуды разностного сигнала на первой полуволне и дЛя вйделенйя импульса, пропорционального удвоенной амплитуде разностного сигнала на второй полуволне. Вентиль 16 позволяет исключить из импульса, получаемого на выходе усилителя 20, помехи, определяемые переходными процессами в ключах 13 и 14 при их коммутации.

Регистр 21 управляет линейным декодирующим преобразователем таким образом, чтобы U Ux-Uk было равно нулю. Регистр 21 совместно с ЛДП 11 образуют ЦАП 3, который представляет собой преобразователь типа код-напряжение. Последовательность импульсов с выхода вентиля 16 управляет ЦАП 3, выходное напряжение которого ком-пенсирует напряжение разбаланса, поступающее с датчика.

При воздействии на датчик 1 измеряемого параметра на выходе измерительной мостовой схемы появляется напряжение Ux. Нуль-opган 2 сравнивает напряжения U и Uh за шин период. Временная диаграмма поясняет работу схемы нуль-органа при прямоугольной форме напряжения -гтйтания (фиг. 2а) датчика и описываемого устройства.

При питании прямоугольным напряжением датчика, который совместно с дополнительнъши активными сопротййлениями образует мостовую измерительную схему, выходное напряжение, поступающее к нуль-органу, содержит выброс переходной составляющей вблизи фронта питающего напряжения, что обусловлено реактивностями датчика и канала связи. На фиг. 26 показана форма напряжения, поступающего к нуль-органу от индуктивного датчика, а на фиг. 2в - от емкостного датчика в р1ежимах перекомпенсации и недокомпенсации.

Преходная составляющая выходного сигнала затухает, и в конце полупериода сигнал разбаланса определяется установивщимся значением.

Сигнал -разбаланса Vx поступает на схему сравнения 17, к которой одновременно подводится компенсирующее напряжение прямоугольной формы от ЦАП 3.

Полученный разностный сигнал усиливается УПТ 18 и поступает на ключ 13.

Усиленный разностный сигнал на выходе усилителя показан на фиг. 2г при работе устройства с индуктивным датчиком и на фиг. 2д при работе с емкостным датчиком.

Ключ 13, управляемый генератором 5, замыкается дважды за период. Отрицательные импульсы с несимметричного мультивибратора 7 (фиг. 2е) поступают на счетный вход триггера 8, который формирует прямоугольное напряжение (фиг. 2ж), поступающее на вход усилителей 9 и 10, работающих в режиме ключей. Со вторичных обмоток трансформатора 6 снимается прямоугольное напряжение (фиг. 2а), поступающее на диагональ питания датчика и ЛДП 11.

Выходное напряжение несимметричного мультивибратора (фиг. 2е) дважды за период (фиг. 2з) замыкает ключ 13 в конце каждого полупериода, когда разностное напряжение определяется установивщимся значением разбаланса и переходные процессы закончены.

Ключ 14 замыкается за период один раз (фиг. 2и). В моменты ti и tl, когда переходной процесс в измерительной цепи заверщится, а на выходе УПТ 18 действует установивщееся напряжение разности t/i или t/j, замыкаются ключи 13 и 14. АЗУ 19 запоминает сумму напряжений на выходе УПТ 18 остаточного напряжения ключа 13 и ключа 14, а напряжение на выходе усилителя 20 устанавливается в этот момент близким к нулю.

В моменты времени ts и .tl, когда замкнут только ключ 13, на вход УПТ 20 поступает импульс напряжения с амплитудой, равной разности напряжений на АЗУ 19 и на выходе УПТ 18. На фиг. 2к и 2л показана форма напряжения на входе усилителя 20, а на фиг. 2м и 2н форма напряжения на его выходе, соответственно, при работе устройства с Индуктивными и емкостными датчиками. За период напряжения составляющая дрейфа обоих УПТ, остаточные напряжения ключей и напряжение на АЗУ существенно не изменяются.

Дрейф усилителя 18 и остаточные напряжения ключа 13 не влияют на результат -ср авнения, а дрейф усилителя 20 и остаточнь1е напряжения ключа 14 ослаблены в 4к pas, где к - коэффициент усиления УПТ 18 и УПТ 20. Напряжение с УПТ 20 Подается на вентиль 16, управляемый стробимпульсами, поступающими с блока задерж-ки 4.

От переднего фронта импульса с вентиля 12

в моменты времени t и t2 (фйг. 2о) срабатывает схема задержки 15, с выхода которой снимается стробирующий импульс (фиг. 2п) На вентиль 16.

При неДокомпенсации моста, -в момент Действия стробирующего импульса, на вхоД регистра 21 ЦАП 3 поступает сигнал «1 (фиг. 2р), в случае перекомпенсации Поступает сигнал, соответствующий «О. При райомкнутых кЛючах 13 и 14 выходное напряжение усилителя 20 определяется составляющей дрейфа и помехами, но на результат сравнения оно не влияет.

Предмет изобретения

Автокомпенсационное измерительное устройство, содержащее нуль-орган, состоящий из схемы сравнения, выход которой соединен со входом первого усилителя, аналогового запоминающего устройства и двух ключей, и датчик, управляющий вход которого соединен с первым выходом генератора прямоугольных импульсов, выход датчика присоединен к первому входу схемы сравнения нуль-органа, второй вход которой подключен к выходу цифроаналового преобразователя, первый вход которого соединен со вторым выходом генератора прямоугольных импульсов, третий выход которого присоединен к управляющему входу первого ключа нуль-органа и к первому входу блока задержки, четвертый выход генератора прямоугольных импульсов подключен ко второму входу блока задержки, первый выход которого соединен с управляющим входом второго ключа нуль-органа, отличающийся тем, что, с целью повыщения его точности и быстродействия к помехоустойчивости, в нульорган дополнительно установлены вентиль и второй усилитель, вход которого через аналоговое запоминающее устройство и первый ключ соединен с выходом первого усилителя, а через второй ключ - со своим выходом, который через вентиль подключен ко второму входу цифро-аналового преобразователя, а управляющий вход вентиля подключен ко второму выходу блока задержки.

V

.f

i

. t

/